Resolvendo um mistério de décadas, Pesquisadores de Stanford descobriram proteínas que permitem que micróbios resistentes chamados archaea endureçam suas membranas quando as águas estão excessivamente quentes. Encontrar essas proteínas poderia ajudar os cientistas a descobrir o estado do clima da Terra que remonta a milhões de anos, desde quando essas arquéias cruzavam os oceanos antigos.

"As pessoas procuram essas proteínas há 40 anos, "disse Paula Welander, professor associado de ciência do sistema terrestre na Escola da Terra da Universidade de Stanford, Energia e Ciências Ambientais (Stanford Earth), e autor principal de um estudo que descreve a descoberta publicada em 7 de outubro em Proceedings of the National Academy of Sciences .

Com essa descoberta, os cientistas podem usar com mais precisão os lipídios - ou gorduras - encontrados nas membranas arqueadas e preservados nos sedimentos do oceano para estimar as temperaturas históricas do oceano, Welander disse.

Fechando as escotilhas

Quando sob estresse, archaea fundem suas membranas celulares geralmente de camada dupla em uma única camada. Fechar as escotilhas desta maneira firma as membranas, que, sendo feito principalmente de gordura, pode ficar muito mole quando a temperatura aumenta - como a manteiga deixada na bancada da cozinha.

Algumas arquéias modificam ainda mais as estruturas que fundem suas camadas de membrana adicionando peças semelhantes a anéis que tornam as membranas ainda mais compactas e resistentes. Essas adaptações são úteis do ponto de vista da climatologia, uma vez que as estruturas de ligação à membrana - junto com esses conjuntos de anéis - se preservam prontamente em sedimentos marinhos. Ao examinar os números e tipos de anéis, os cientistas do clima podem medir as temperaturas da água de superfície onde e quando essas arquéias viviam. Esta técnica tem sido usada como evidência dos mares mais quentes da era Jurássica, datando de mais de 150 milhões de anos ao apogeu dos dinossauros.

Encontrar as proteínas envolvidas na fabricação dessas estruturas resolve algumas incertezas que os cientistas tiveram sobre inferir temperaturas antigas a partir de lipídios archaeais - o que eles chamam de proxies de paleotemperatura.

Os climatologistas presumiram que um único grupo de arquéias, o Thaumarchaeota, são responsáveis ​​por fazer lipídios com anéis encontrados em oceanos abertos e que eles adicionam esses anéis em resposta às mudanças de temperatura da água. Mas se outros fatores ambientais, como salinidade e acidez, desencadearem a produção de anéis em outros grupos de archaeal marinho, isso pode confundir como eles lêem os sinais de temperatura.

De acordo com o novo estudo, climatologistas podem respirar aliviados. Finalmente identificando as proteínas em jogo, os pesquisadores de Stanford mostram que Thaumarchaeota são de fato a fonte dominante das estruturas de membrana portadora de anéis em águas oceânicas, apoiando ideias anteriores de antigas temperaturas da superfície do mar.

"Com essas informações críticas em mãos, podemos começar a restringir algumas das incertezas sobre este proxy de paleotemperatura baseado em arquéias em particular, "Welander disse.

Perseguindo as proteínas

Embora não seja identificado até o final dos anos 1970, desde então, archaea foi reconhecida como constituindo todo um novo terceiro domínio da vida, ao lado das bactérias e eucariotos mais familiares - organismos multicelulares, incluindo humanos. Embora as archaea pareçam superficialmente com bactérias, diferenças bioquímicas e reprodutivas atestam sua singularidade. Muitos arquéias também são extremófilos, que prosperam em ambientes austeros como fontes termais onde outras formas de vida não podem sobreviver.

Para encontrar as proteínas formadoras de anel, a equipe de Stanford fez experiências com Sulfolobus acidocaldarius, entre as arquéias menos difíceis de cultivar e manipular em um laboratório.

"Este organismo é um dos poucos arquéias que tem um sistema genético onde podemos fazer o tipo de trabalho que gostamos de fazer, "Welander disse.

Sua equipe decidiu descobrir quais proteínas permitiam que S. acidocaldarius fixasse anéis em suas estruturas que abrangem a membrana. Os pesquisadores primeiro encontraram três genes possíveis observando os genomas de arqueas que constroem e não constroem anéis. Eles então criaram mutantes no laboratório sem um, dois ou todos os três genes e, em última análise, dois desses genes provaram ser parte integrante das estruturas em anel.

Esses genes não apareceram em outro grupo de arquéias que compartilham ambientes marinhos com Thaumarchaeota e foram considerados como possíveis, fonte adicional de estruturas em anel em amostras de sedimentos. Com essa contribuição descartada, as estimativas da temperatura do mar derivadas do proxy de paleotemperatura em questão parecem mais robustas.

Globalmente

Welander disse que os cientistas agora podem estender as descobertas da equipe de Stanford para regiões marinhas bem amostradas em todo o mundo. Sua equipe escolheu um conjunto de dados genéticos do Oceano Pacífico norte, e, portanto, apenas fala diretamente a esse bioma específico. Outros conjuntos de dados do Oceano Atlântico e do Mar Mediterrâneo, por exemplo, deve revelar se Thaumarchaeota também são responsáveis ​​por depositar os fósseis moleculares de interesse nessas áreas. Esses proxies de paleotemperatura podem até mesmo ser estendidos para lagos e outros ambientes, Welander disse, abrindo ainda mais páginas nas crônicas do clima da Terra.

Indo além dos aspectos climatológicos dos achados, Welander observou que descobrir como as proteínas archaeal lidam com o trabalho misterioso de fusão de membrana poderia revelar uma nova bioquímica atraente para potenciais aplicações no mundo real, como descoberta de drogas e ciência de materiais.

"Os micróbios inventam todos os tipos de bioquímica estranha para fazer todos os tipos de reações estranhas, "Welander disse." Sempre que você pode expandir essa química do que é possível, é realmente empolgante do ponto de vista da ciência básica. "